强激光与粒子束
2024, 36(1): 013005
Author Affiliations
Abstract
1 College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 Nanhu Laser Laboratory, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
Radio frequency/microwave-directed energy sources using wide bandgap SiC photoconductive semiconductors have attracted much attention due to their unique advantages of high-power output and multi-parameter adjustable ability. Over the past several years, benefitting from the sustainable innovations in laser technology and the significant progress in materials technology, megawatt-class output power electrical pulses with a flexible frequency in the P and L microwave wavebands have been achieved by photoconductive semiconductor devices. Here, we mainly summarize and review the recent progress of the high-power photonic microwave generation based on the SiC photoconductive semiconductor devices in the linear modulation mode, including the mechanism, system architecture, critical technology, and experimental demonstration of the proposed high-power photonic microwave sources. The outlooks and challenges for the future of multi-channel power synthesis development of higher power photonic microwave using wide bandgap photoconductors are also discussed.
high-power photonic microwave wide bandgap photoconductive semiconductor devices linear modulation multi-parameter adjustable microwave generation multi-channel power synthesis Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 012501
1 国防科技大学 前沿交叉学科学院,高功率微波技术研究所,长沙 410072
2 脉冲功率激光技术国家重点实验室,长沙 410072
通过理论计算、数值仿真和实验验证的方法,研究了一台峰值功率数十GW、重复频率5 Hz的重复频率高功率脉冲驱动源,命名为“HEART-50”。该脉冲驱动源由充电电源、初级开关、脉冲形成线、主开关、阻抗变换线,以及假负载构成。首先介绍了HEART-50重复频率高功率脉冲驱动源整体设计思路;其次,对基于混合液体介质的高功率脉冲形成线和气体介质主开关进行了数值分析,并对其全电路工作能力进行了仿真分析;最后,对研制的HEART-50重复频率高功率脉冲驱动源进行了实验验证。结果表明,脉冲驱动源能够输出峰值电压520 kV,脉冲宽度约90 ns,脉冲上升沿小于25 ns,重复频率5 Hz的准方波电脉冲,峰值电功率约为25.3 GW,且具有较好的运行稳定性。
脉冲功率技术 高功率 重复频率 HEART-50 pulsed power technology high power repetitive rate HEART-50 强激光与粒子束
2022, 34(9): 095014
强激光与粒子束
2022, 34(9): 095002
强激光与粒子束
2022, 34(7): 075006
强激光与粒子束
2020, 32(2): 025003
国防科技大学 前沿交叉学科学院, 长沙 410073
高功率微波的研究正在向高重复频率发展,目前已运行每年百万炮次或以上的水平,由此导致的电子束轫致辐射产生的X射线剂量已不可忽视,为了人员安全必须采取屏蔽措施。采用BEAMnrc程序,用蒙特卡罗方法仿真了环状束高功率微波源收集极的射线产生情况,典型输入束流参数为电压1 MV,电流10 kA,脉宽100 ns,重复频率100 Hz。仿真结果给出了X射线的谱分布和空间分布。据此估算了屏蔽X射线所需的墙壁衰减量。同时估算了X射线的天空散射因素以及房顶所需的衰减量。
高功率微波 X射线屏蔽 蒙特卡罗方法 强流相对论电子束 high power microwaves X-ray shielding Monte-Carlo intense relativistic electron beam 强激光与粒子束
2018, 30(7): 073005
国防科技大学 前沿交叉学科学院, 长沙 410073
针对磁绝缘线高功率微波振荡器(MILO)的静态保真空和重频运行,设计了一种真空度在线测量系统及其组件,优化了常规的测量方法,实现了真空度的实时监测和数据采集。基于30 GW高功率脉冲平台,以硬管化MILO微波源为负载,开展了加电运行条件下微波源内真空度的实时在线测量。实验结果表明:研制的真空在线测量组件具有较强的抗电磁干扰能力,能够准确获得高功率微波源运行过程中的本底真空度及脉冲放气特性。
高功率微波源 脉冲放气 真空度 实时监测 数据采集 high power microwave source pulse degassing vacuum degree real-time monitoring data acquisition 强激光与粒子束
2018, 30(7): 073004
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
讨论了低阻抗脉冲形成线中测量充电电压所用电容分压器的标定方案,提出了采用外部并联电感来补偿较大的形成线电容负载的方法。由于低阻形成线的电容负载影响,使用脉宽较短方波发生器易导致波形缺乏平顶,使用输出电压较低正弦波发生器导致信噪比不高。采用合适数值的外部电感,可以实现与形成线电容的并联谐振,此时整体阻抗最大,可以使用普通放大器提高正弦波电压,且不产生失真。该方法可应用于微秒尺度低阻形成线电容分压器的在线标定。
脉冲形成线 电容分压器 标定 放大器 pulse forming line capacitive voltage divider calibration amplifier 强激光与粒子束
2016, 28(5): 055007
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
真空界面是脉冲功率装置的薄弱环节, 对于重频运行的系统, 该问题更为突出。介绍了一种应用于重频脉冲驱动源的陶瓷绝缘子真空界面。首先依据真空沿面闪络设计原则给出了一种改进型同轴馈电陶瓷真空界面绝缘结构, 该结构采用陶瓷-金属钎焊连接形式; 通过采取均压、屏蔽措施, 静电场模拟结果显示, 陶瓷沿面电场分布均匀, 总场强小于100 kV/cm, 沿面分量小于70 kV/cm, 阴、阳极三结合点场强均小于40 kV/cm; 在输出幅值600 kV、脉宽80 ns、重复频率1~5 Hz可调的脉冲功率驱动源上进行了实验测试, 陶瓷真空界面平均绝缘场强达到44 kV/cm, 运行稳定; 采取(0-1)分布对实验结果进行了统计分析, 置信度取为0.9时, 陶瓷真空界面的可靠度大于97%。最后, 还探讨了表面处理工艺对闪络电压的影响, 实验发现, 增加表面粗糙度可有效提高陶瓷绝缘子的闪络电压。
氧化铝陶瓷 真空沿面闪络 脉冲功率界面 重频运行 表面处理 ceramic vacuum flashover pulsed power interface repetitive operation surface treatment 强激光与粒子束
2016, 28(1): 015012